Chemia fizyczna

Podstawowa wiedza z zakresu chemii ogólnej, chemii analitycznej, matematyki i informatyki.

przedmiot obowiązkowy

1. 30 h wykład, 60 h laboratorium, 15 h ćwiczenia, 25 h konsultacje, razem 130 godzin kontaktowych,

2. 35 h praca indywidualna,

3. 60 h czas wymagany do przygotowania w procesie oceniania,

4. całkowity czas nakładu pracy studenta to 225 h.

W1. Zna podstawy chemii fizycznej (W01)

W2. Zna podstawy analizy matematycznej i statystyki niezbędne do opisu oraz modelowania zjawisk chemicznych (W02)

W3. Zna rolę eksperymentu w procesach chemicznych (W03)

U1. Posługuje się pojęciami z zakresu chemii fizycznej (U01)

U2. Posiada umiejętność opisu zjawisk chemicznych (U02)

U3. Posiada umiejętności wykonywania pomiarów podstawowych wielkości chemicznych oraz potrafi opracować wyniki eksperymentów chemicznych (U03)

K1. Analityczne myślenie: samodzielnie i efektywnie pracuje z dużą ilością informacji, dostrzega zależności i poprawnie wyciąga wnioski posługując się zasadami logiki (K01)

K2. Kreatywność: myśli twórczo w celu udoskonalenia istniejących bądź stworzenia nowych rozwiązań (K02)

K3. Sumienność i dokładność: jest nastawiony na jak najlepsze wykonanie zadania; dba o szczegół; jest systematyczny (K03)

K4. Dążenie do rozwoju: jest nastawiony na nieustanne zdobywanie nowej wiedzy, umiejętności i doświadczeń; widzi potrzebę ciągłego doskonalenia się i podnoszenia kompetencji zawodowych; zna ograniczenia własnej wiedzy i rozumie potrzebę dalszego kształcenia (K05)

K5. Praca zespołowa: nawiązuje i utrzymuje długotrwałą i efektywną współpracę z innymi; dąży do realizacji celów zespołu poprzez odpowiednie zaplanowanie i organizację pracy swojej i innych; motywuje współpracowników do zwiększenia wysiłku w celu osiągnięcia założonych celów (K09)

Wykład:

Wykład ilustrowany przezroczami i prezentacjami multimedialnymi.

Laboratorium:

Wykonywanie eksperymentów w parach pod nadzorem osoby prowadzącej zajęcia, samodzielne wykonywanie obliczeń numerycznych, dyskusja wyników.

Ćwiczenia rachunkowe:

okrągłego stołu, seminaryjna.

- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- ćwiczeniowa
- laboratoryjna
- okrągłego stołu
- seminaryjna

Celem przedmiotu jest zaznajomienie studenta z podstawowymi pojęciami i prawami chemii fizycznej, głównie termodynamiki, kinetyki, równowag chemicznych, przemian fazowych, elektrochemii, zjawisk powierzchniowych i układów dyspersyjnych, a także zdobycie umiejętności eksperymentalnego wyznaczania wielkości fizykochemicznych przy zastosowaniu różnych technik badawczych i interpretacji uzyskanych wyników eksperymentalnych. Celem jest również poszerzenie umiejętności matematycznego opracowania wyników badań eksperymentalnych z wykorzystaniem metod statystycznych i techniki komputerowej oraz nabycie umiejętności obliczania wielkości fizykochemicznych w oparciu o dane eksperymentalne i literaturowe.

Treści programowe wykładu:

Podstawy termodynamiki równowagowej: zasady termodynamiki, kryteria zachowania się układów. Potencjał chemiczny składnika. Stany skupienia materii. Równowaga reakcji chemicznej. Równowaga przemian fazowych. Właściwości gazów, cieczy i ciał stałych. Kinetyka chemiczna: podstawowe pojęcia, mechanizmy i równania kinetyczne reakcji. Kataliza. Zjawiska powierzchniowe i układy dyspersyjne. Przewodnictwo elektrolitów. Ogniwa, półogniwa. Korozja elektrochemiczna.

Treści programowe laboratorium:

Eksperymentalne wyznaczanie wybranych wielkości fizykochemicznych oraz interpretacja uzyskanych wyników. Eksperymentalne wyznaczanie wielkości termodynamicznych – zmiany entalpii procesu. Charakterystyka fazy ciekłej (lepkość). Równowagi fazowe (trójkąt Gibbsa, prawo Nernsta). Eksperymentalne wyznaczanie stałych szybkości reakcji w obecności katalizatora homo- i heterogenicznego. Wyznaczanie izoterm adsorpcji. Pomiar przewodnictwa roztworów elektrolitów. Półogniwa i ogniwa galwaniczne, iloczyn rozpuszczalności soli trudno rozpuszczalnych.

Treści programowe ćwiczeń rachunkowych

1. Obliczenia pracy i ciepła w prostych przemianach fizycznych, pojemność cieplna,

2. Pojęcie funkcji stanu, obliczenia zmian energii wewnętrznej i entalpii przemian fizycznych, I zasada termodynamiki,

3. Zmiany energii wewnętrznej i entalpii w reakcjach chemicznych, ciepło reakcji, reakcje tworzenia i spalania, prawo Hessa,

4. Zależność ciepła reakcji od temperatury - prawo Kirchhoffa

5. Kinetyka chemiczna - obliczenia stałej szybkości oraz postępu reakcji elementarnych, reakcje równoległe i następcze, zależność szybkości reakcji od temperatury - równanie Arrheniusa

6. Elektrochemia - przewodnictwo elektrolitów, prawo rozcieńczeń Ostwalda, SEM ogniw, równanie Nernsta, obliczanie zmian funkcji termodynamicznych na podstawie SEM ogniw.

Literatura podstawowa:

1. P. W. Atkins, Podstawy chemii fizycznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999, 2002, 2009.

2. P. W. Atkins, Chemia fizyczna, Wydawnictwo PWN, Warszawa 2001, 2003, 2007, 2012.

3. K. Pigoń, Z Ruziewicz, Chemia fizyczna, 1. Podstawy fenomenologiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005, 2007.

4. A. G. Whittaker, A. R. Mount, M. R. Heal, Chemia fizyczna. Krótkie wykłady, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2004.

5. L. Sobczyk, A. Kisza, Chemia fizyczna dla przyrodników, PWN, Warszawa 1981.

6. T.W. Hermann (red.), Chemia fizyczna: podręcznik dla studentów farmacji i analityki medycznej, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2007.

7. L. Sobczyk, A. Kisza, K. Gatner, A. Koll, Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1982.

8. J. Ceynowa, M. Litowska, R. Nowakowski, J. Ostrowska-Czubenko, Podręcznik do ćwiczeń laboratoryjnych z chemii fizycznej, Wydawnictwo UMK, Toruń 2006.

9. J. Demichowicz-Pigoniowa, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T.3. Obliczenia fizykochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2010.

10. L. Komorowski, A. Olszowski, Chemia fizyczna. T.4. Laboratorium fizykochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2013.

11. A. Kisza, P. Freundlich, Ćwiczenia rachunkowe z chemii fizycznej, Wyd. Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław, 2004.

Literatura uzupełniająca:

1. W. Ufnalski, Obliczenia fizykochemiczne na twoim PC, WNT, Warszawa 1997.

2. K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2007.

3. Seria: Wykłady z chemii fizycznej, WNT, Warszawa.

a. H. Buchowski, W. Ufnalski, Fizykochemia gazów i cieczy, 1998.

b. H. Buchowski, W. Ufnalski, Roztwory, 1995.

c. W. Ufnalski, Równowagi chemiczne, 1995.

d. H. Buchowski, W. Ufnalski, Podstawy termodynamiki,1998.

e. A. Molski, Wprowadzenie do kinetyki chemicznej, 2009.

f. A. Kisza, Elektrochemia I, Jonika, 2000.

g. A. Kisza, Elektrochemia II, Elektrodyka, 2001.

4. F. Pruchnik, Kataliza homogeniczna, PWN, Warszawa, 1993.

5. T. Engel, P. Reid, Physical Chemistry, Pearson, 3rd ed., 2013.

6. D.W. Ball, Physical Chemistry, Wadsworth, CENGAGE Learning, 2nd ed., 2015.

Wykład: egzamin pisemny.

Laboratorium: zaliczenie na podstawie wykonanych ćwiczeń laboratoryjnych i opracowań, kolokwia śródsemestralne, ocena ciągła studenta w czasie zajęć.

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń rachunkowych jest zdanie kolokwium przy czym uzyskane punkty stanowią 90 % oceny końcowej

do 10 % - ocena aktywności studenta na zajęciach.

Zagadnienia egzaminacyjne:

1. Cechy gazu, cieczy i ciała stałego. Opis stanów materii (ciśnienie, temperatura, ilość substancji). Gazy doskonałe i rzeczywiste. Teoria kinetyczna gazów. Równania stanu gazu doskonałego i rzeczywistego. Ciecze: napięcie powierzchniowe i lepkość cieczy.

2. Pojęcia podstawowe w termodynamice: układ, otoczenie, praca i ciepło, funkcje termodynamiczne, pierwsza zasada termodynamiki, energia wewnętrzna i entalpia, entalpia reakcji chemicznych, prawo Hessa, druga zasada termodynamiki, entropia procesu, entropia reakcji i samorzutność reakcji, entalpia swobodna procesu, entalpia swobodna reakcji i samorzutność reakcji, standardowa entalpia swobodna, wielkości cząstkowe molowe, potencjał chemiczny, lotność, aktywność.

3. Reguła faz Gibbsa, diagramy fazowe typowych substancji (wody, dwutlenku węgla, węgla i helu), diagramy fazowe układów dwu- i trójskładnikowych, właściwości roztworów nieelektrolitów (roztwory doskonałe i rzeczywiste, właściwości koligatywne roztworów, współczynnik aktywności, osmotyczny).

4. Pojecie ilorazu i stałej równowagi chemicznej, opis wpływu warunków zewnętrznych na stan równowagi.

5. Pojęcia podstawowe w kinetyce (szybkość reakcji, stała szybkości reakcji, rząd reakcji, cząsteczkowość, równanie kinetyczne). Równania kinetyczne reakcji. Postać różniczkowa i całkowa równania kinetycznego. Kinetyka reakcji prostych. Kinetyka reakcji z udziałem katalizatora. Reakcje enzymatyczne, mechanizm Michaelisa-Menten.

6. Przewodność roztworów elektrolitów, elektrolity mocne i słabe. Wpływ stężenia elektrolitu na jego przewodnictwo. Ogniwa galwaniczne (rodzaje półogniw i ogniw, zasady zapisu schematu półogniwa, potencjał półogniwa, siła elektromotoryczna ogniwa i jej pomiar). Reakcje cząstkowe w półogniwie, reakcja prądotwórcza ogniwa. Korozja elektrochemiczna (ochrona przed korozją).

7. Pojęcie adsorpcji fizycznej i chemicznej, izotermy adsorpcji Freundlicha i Langmuira. Substancje powierzchniowo czynne (podstawowe cechy strukturalne, wpływ na napięcie powierzchniowe, izoterma nadmiarowa Gibbsa).

nie dotyczy